電源在醫療器械維修中的重要性

何斌華，廖勇

1.常德市第二中醫院 設備科，湖南 常德 415000;2.常德市第一人民醫院 設備科，湖南 常德 415000

電源在醫療器械維修中的重要性

何斌華1，廖勇2

1.常德市第二中醫院 設備科，湖南 常德 415000;
2.常德市第一人民醫院 設備科，湖南 常德 415000

本文以GE Pro1000型多參數監護儀開關電源為例，分析了單端反激式開關電源的基本工作原理，剖析了主要部件功能，通過幾例電源故障維修，闡述了了解電源工作原理在醫療器械維修中的重要性。

醫療器械；開關電源；PWM控制；故障分析

電源是一切電子儀器設備的心臟部分，是一種能量轉換設備。它能將220 V的交流電轉換為各種低電壓強電流的直流電，為電氣、電子設備及控制電路提供能源。是電氣、電子設備及控制電路工作的基礎，其質量的好壞直接影響電氣、電子設備的可靠性。

隨著科學技術的發展，越來越多的高、精、尖醫療器械被廣泛地應用于臨床。但不論新設備的功能多么先進復雜，而電源是不可缺少的。同時，盡管各種醫療器械的原理不盡相同，但其電源的原理卻大同小異。電源常常工作在惡劣的環境中，尤其是開關電源，它承受著整機大電流、高電壓的沖擊，故障相對較多。據不完全統計，電源故障在醫療器械故障中占有的比例高達50%以上。電源故障不像控制線路或電氣元件損壞所造成的局部故障，它會引起整個設備的故障；電源故障引起的故障現象復雜且危害很大。因此，在醫療器械維修中，電源的維修越來越受到人們的重視。

現代高科技醫療器械大量使用計算機技術和高效便攜式而小型化，其功率都比較大，與之配套的供電系統體積更小、重量更輕、效率更高，大多采用高效率的DC/DC開關電源。由于輸入電壓或輸出端負載可能出現波動，應保障平均直流輸出電壓能夠控制在允許幅值偏差范圍內。為此，常采用脈寬調制（PWM）法來控制輸出電壓，即在給定直流輸入電壓下，通過調節電路開關器件的導通時間來控制平均輸出電壓。方法之一是采用某一固定頻率進行開關切換，并通過調整導通區間長度來控制平均輸出電壓。

下面以GE Pro1000型多參數監護儀電源板中單端反激式開關電源為例說明開關電源的工作原理。

1 開關電源工作原理

1.1 開關電源方框圖

單端即控制芯片TOP227Y，只有1個脈寬調信號功率輸出端（漏極D）[1]。TOP227Y是美國PI公司推出的TOP Swicth-Ⅱ系列芯片，它集脈沖信號控制電路和功率開關器件MOSEFT于一體。該開關電源具有高集成度、最簡外圍電路、最佳性能指標、輸入電壓和頻率范圍寬、功耗低、電源效率高、低電磁干擾（EMI）、無須調試、無工頻變壓器等特點。其原理方框圖，見圖1。

從原理方框圖可以看出，交流220 V市電電源經全橋整流濾波后分兩路輸出，一路經高頻變壓器部分變換后，經兩個二次整流濾波器分別送到光耦合器隔離部分和輸出直流24 V電壓給負載；另一路送到TOP227Y控制開關。從直流24 V輸出端運送到TL431構成電壓反饋電路，產生控制電壓加到光耦合器隔離部分。光耦合器在上述兩個控制信號作用下，產生控制信號送到TOP227Y控制開關，進行控制PWM寬度，達到穩定輸出電壓的目的。

1.2 工作原理分析

開關電源原理，見圖2。工作原理為[2]：市電220 V交流電壓經過電源保險絲S11、S12（T3，15A/250V）、熱敏電阻SCK104后，送至由C21、C19、DR1組成的交流抗干擾電路，濾除交流供電網中的高頻雜波，再進入橋式整流堆BR1整流濾波，經C18、C19濾波后，得到約300 V脈動直流電壓。該電壓經高頻變壓器T初級繞組加到芯片TC1（TOP227Y）漏極D上。D4、D7、D1組成漏極鉗位保護電路。其作用是，消除IC1從飽和狀態轉為截止狀態時，在繞組下端產生的瞬間反峰電壓，避免該電壓疊加在直流電壓上，將IC1內部的開關管燒壞。

高頻變壓器具有能量存儲、隔離輸出和電壓變換的作用。高壓變壓器初級繞組的極性（同名端為黑色圓點）與次級繞組、反饋繞組極性相反。當TOP227Y導通時，電能以磁場能量形式存儲在初級繞組中。當TOP227Y截止時，能量傳輸給高頻變壓器次級及反饋繞組。次級繞組N5經快速恢復二極管D3整流后由濾波電容C12、C4、C16濾波后向負載及光耦合器CNY65發光二極管正極（A）提供24 V直流電源。反饋繞組的電壓經D2二次整流后加在光耦合器CNY65的C極。

三端可調分流基準電壓源TL431（IC2）和線性光耦合器CNY65構成反饋回路。電路是利用輸出電壓與IC2（TL431）構成誤差比較器，通過光耦合器CNY65線性關系的電流變化來控制IC1（TOP227Y），從而改變PWM寬度，達到穩定輸出電壓的目的。當由于某種原因使輸出電壓+24 V升高時，經取樣電阻R1、RP1、R2分壓后得到的取樣電壓增大，使精密取樣集成電路IC2（TL431）的R極電壓升高。與IC2中的帶隙基準電壓進行比較，自動調低IC2中K點電壓，光耦合器CNY65內部發光管負極（C）電位降低，LED的工作電流增大，亮度增強，導致CNY65內部光敏管c-e極間內阻減小，控制端電流增大，加到IC1C腳的控制電壓升高。TOP227Y自動降低開關管的導通量，D腳輸出的脈寬變窄，TOP227Y輸出的脈寬變窄，使輸出電壓下降，從而保持輸出電壓穩定。反之，當輸出電壓降低時，該控制過程與輸出電壓升高時正好相反。

2 電源故障及檢修實例

2.1 Eagle4000心電監護儀暗屏故障[3]

2.1.1 故障現象

剛開機，電源供電+12 V、+5 V、-12 V均正常，測得液晶屏背光系統升壓板（ERGINCE2064A）開關信號端電壓約+18 V左右。工作約15 min后，整機不斷重啟，約20 min后暗屏。

2.1.2 故障排查

測得電源供電+12 V降為+1.9 V，+5 V降為0.2 V，-12V降為-2 V，而升壓板開關信號端電壓降為0 V。且發現升壓板，溫度很高，仔細檢查主板等電路和元件未發現明顯損壞現象，據此判斷是液晶屏背光系統升壓板的問題。此升壓板是一個塑封模塊，維修時，采用國產的SF-02S02雙燈升壓板替換，電路圖，見圖3。把原升壓板拆下，從Q122的集電板取+5 V電壓接至新升壓板的開關信號端5腳上，然后用絕緣強度較高的材料把接線包扎好，再把升壓板固定在原機直流電池盒里，開機工作正常。

2.2 CMS病人監護系統（中央監護儀）暗屏故障

2.2.1 故障現象

聯機工作時，液晶屏顯示閃爍不停，閃爍間隔只有零點幾秒，最后暗屏。

2.2.2 故障排查

檢修時把液晶屏顯示系統從主機上拆下來，接通電源，液晶屏不亮，電源指示燈不停地閃爍，而且不能關斷電源。拆開機殼后，通電測量工作電壓如下：+5 V和+3.3 V正常，而+12 V測量值偏高，約為+15 V。仔細觀察發現，有幾只470 uF/25 V電解電容器頂部有凸起。把+12 V頂部有凸起的電解電容Co17、Co21焊實，測量其電容量，都嚴重減小，分別為：200 uF和120 uF。換上同規格同型號電容通電試機，測量+12 V電源仍為+15 V左右。把+5 V電源頂部有凸起的電解電容Co12、Co13、Co14焊實，測量電容量，發現電容量都減小到：194～206 uF。換上同型號同規格新品，接通電源試機，液晶屏顯示“檢查電纜接口”。此時，測量+12 V、+5 V和+3.3 V電壓均正常。把液晶屏顯示系統和主機聯好開機，工作正常。通過故障排除處理，分析原因是+5 V電源濾波電容Co12、Co13、Co14電容量嚴重減小，濾波效果不好，引起CPU誤工作，致使液晶屏背光系統工作不正常。

2.3 AU4型B超儀無光柵故障[4]

2.3.1 故障現象

按正確步驟開機后，顯示器無光柵。

2.3.2 故障排查

關斷電源，打開機殼，發現電源板上電流采樣電阻R20、R12有明顯燒黑跡象，測量后證明已經燒斷。R20和R12并聯后接入開關管Q3發射極電路中，R20燒斷，說明開關管集電極電流過大，經測量開關管已擊穿。用萬能表（200 K檔）測量ICI（TEA2261）14、15、16腳對地電阻，阻值明顯變小，說明TEA2261已損壞。但新換該元件后，機器仍不能正常工作。進一步檢查電源整流部分，測量交流整流輸出+297 V直流電壓，正常。繼續檢查發現接在開關管Q3基極的穩壓二極管D11（3V3）擊穿，更換新元件后，開機工作正常。

2.4 ViVid7BT02彩色B超控制系統電源故障[5-6]

2.4.1 故障現象

不能開機。用操作面板上的“Power Switch”按鈕開機時，聽到一聲很細小的報警聲，指示燈不變色（本應變成綠色），顯示屏不亮。或開機中偶爾能啟動，但只能運行到提示輸入“Iicence”時就不再進行。

2.4.2 故障排查

更換機內保存數據的電池，故障依舊。仔細觀察機內電路的大體分布，發現內部不僅有超聲振蕩、信號采集與處理等前端電路及電源，還有一個小機箱，里面有接口板、圖像采集卡、主控制板、存儲板和超聲波前級信號處理電路，由單獨的電源箱供電。電源箱由兩塊電路板組成，一塊和后背電池相連，是對電池進行充電和當停電時，轉換為電池供電的轉換電路；另一塊是開關電源。由于機器不能正常開機，檢測開關電源電路發現，+5 V和+12 V電源不正常，只有+2 V左右。由于沒有同型號開關電源可換，查證該電源的功能參數后，采用普通電腦的開關電源進行改裝，具體做法：先切斷原機上開關電源+5V和+12 V電源的輸出線，再把普通電腦的開關電源+5 V和+12 V電源輸出接到相對應的接頭上；并把B超機上開關電源地線（負極）和普通電腦開關電源的地線（負極）連接好，構成回路，最后，在適當位置固定好普通電腦開關電源，效果非常理想，恢復了彩超系統的正常工作。

2.5 PX-100CLK型移動式中頻X光機電源故障

2.5.1 故障現象

開機工作中充電顯示:已充滿電，但機器不能進行曝光。

2.5.2 故障排查

拆開機器檢查發現，電源厚膜塊HIC2（MA4280）已炸裂，F2熔斷絲燒斷開路。換上新HIC2和熔斷器F2，開機，測量J5輸出端+24 V電壓，發現開機后，+24 V很快上升至+40 V，隨即一聲炸響，HIC2和F2再次損壞，這說明開關電壓已經損壞。開關電源是利用光電耦合器D22對+24 V電壓進行隔離采樣，再控制HIC2的開關管導通程度進行穩壓的。焊下光耦檢查，發現其輸出端已經開路，失去了HIC2的控制，導致+24 V瞬間上升至+40 V，擊穿HIC2中的開關管燒斷保險絲F2。換上同型號同規格的光耦后，開機工作正常。

3 結論

綜上可知，電源在醫療器械維修具有十分重要的作用。因此，應該了解電源工作原理，特別是開關電源的工作原理；平時，加強對電源部分的日常維護和保養。在實際的故障檢修時，遵循“看”、“聽”、“聞”、“摸”和“測量電源電壓”的維修程序，耐心仔細地逐級檢查，迅速地找到故障部位，保證設備的良好運行。

[1] 周理明,蔣益鋼,盧航.醫療器械維修的捷徑-電源的維修[J].醫療衛生裝備,2007,28(9):91-92.

[2] 陳宏軍,張華.GE Pro1000型多參數監護儀開關電源的原理與檢修[J].醫療衛生裝備,2011,32(6):129-131.

[3] 楊煉,廖勇.醫療儀器設備中的液晶屏故障檢修[J].中國醫療器械雜志,2007,31(2):141,143.

[4] 楊煉,廖勇,李靖蘭.百勝AU4型B超儀無光柵故障的檢修[J].醫療衛生裝備,2006,27(11):86-87.

[5] 吳強輝,李軍科,張廣武.GE ViVid7BT02彩色B超控制系統電源的原理分析與維修[J].醫療衛生裝備,2006,27(11):83-84.

[6] 范開洲.醫療設備開關電源維修技術的探討[J].中國醫療設備, 2011,26(7):118-120.

Importance of Power Supply in Medical Device Maintenance

HE Bin-hua1, LIAO Yong2
1.Equipment Department, No.2 Chinese Medicine Hospital of Changde, Changde Hunan 415000, China;
2.Equipment Department, Changde First People’s Hospital, Changde Hunan 415000, China

TH776

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.042

1674-1633(2012)09-0135-03

2012-02-27

2012-08-30

作者郵箱：20208706@qq.com